【摘要】：天然單晶金剛石具有高硬度、抗磨損和極大的彈性模量,且抗黏結(jié)性好,與有色金屬等材料間的摩擦系數(shù)小,是制作超精密切削刀具的理想材料。目前天然金剛石刀具已廣泛應(yīng)用于精密超精密加工領(lǐng)域,在汽車工業(yè)、國防工業(yè)、微電子工業(yè)等領(lǐng)域都起到了重要作用。因此,如何制造出精度高、使用壽命長、切削質(zhì)量好的天然金剛石刀具一直是廣受學(xué)者關(guān)注的問題。目前,機械研磨仍然是最主要的天然金剛石刀具制造方法,但是刃磨過后的刀具刃口雖然極其鋒利,但會一并出現(xiàn)納米級豁口、裂紋,因而削弱了刀具耐沖擊性,降低了刀具刃口強度,在車削過程中很容易由于機床的振動擴散成大裂紋,加速刀具磨損,甚至產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象,導(dǎo)致刀具失效。因此,去除刃口微觀缺陷,鈍化刃口半徑,以提高刃口表面質(zhì)量和使用壽命,是制備理想天然金剛石刀具的重要一環(huán)。本課題將對經(jīng)過機械刃磨后的天然金剛石刀具再添加一道后續(xù)處理工藝,提高刀具使用壽命,即在高精度研磨機床上使用高分子聚合物拋光墊,并在其上涂敷一層含納米級硬質(zhì)磨粒的研磨膏,對刀具進行鈍化處理以達到在不降低刃口表面質(zhì)量的前提下提高鈍化效率的目的。為達到此目標,本文首先通過分析工況類似的金剛石刀具切削過程中的磨損情況,結(jié)合實踐經(jīng)驗分析了天然金剛石刀具鈍化過程中的可能影響因素,設(shè)計了對刀具刃口進行鈍化的工藝方法,并搭建了完整的刀具刃口鈍化工藝系統(tǒng),確定重點研究的4個工藝參數(shù),主軸轉(zhuǎn)速w、研磨膏磨粒質(zhì)量分數(shù)y,研磨盤往復(fù)運動頻率p,刀具擺動速度q;同時提出了6個對刃口鈍化過程進行評價的指標,分別為鈍化后刃口鈍圓半徑R、鈍化后刃口輪廓算術(shù)平均偏差Ra和輪廓最大高度Ry、表面質(zhì)量提升指標l、材料去除效率指標e、微觀缺陷評價指標f。然后,本文采用該系統(tǒng)進行可行性驗證實驗,由實驗結(jié)果可知采用研磨膏和拋光墊相結(jié)合的工藝方法對天然金剛石刀具進行機械研磨,確實可以起到較好的鈍化效果;并基于控制變量法多次實驗,確定最適宜鈍化的工藝條件為磨粒尺寸30nm的Si O2研磨膏、無溝槽的530N7501拋光墊;此外,本文根據(jù)刃口鈍化后的拉曼光譜和鈍化過程中的實驗現(xiàn)象,得出鈍化過程中材料去除機理:主軸的高速平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)及軟質(zhì)拋光墊的良好消振為刀具鈍化過程提供了高溫穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境,刃口與研磨膏磨粒、拋光墊的高分子聚合物充分接觸,其表層碳原子具有更高能量,進而吸附官能團和聚合物并在摩擦過程中脫離刃口;同時其表層碳原子將產(chǎn)生持續(xù)的非晶化過程,因硬度變低可受磨粒微切削作用而脫離刃口表面。最后,本文明確了整個鈍化過程中影響鈍化質(zhì)量及鈍化效率的全部工藝參數(shù),通過鈍化實驗獲取訓(xùn)練數(shù)據(jù),并基于Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱,建立三層徑向基函數(shù)的鈍化工藝參數(shù)模型,可在已知鈍化時間、鈍化工藝參數(shù)、初始刀具狀態(tài)的前提下,得到鈍化后刃口鈍圓半徑R、鈍化后刃口輪廓表面平均偏差Ra、表面質(zhì)量提升指標l、材料去除效率指標e共四個評價鈍化質(zhì)量及鈍化效率的指標,最后,分析了求解最優(yōu)工藝參數(shù)組合所需滿足的優(yōu)化目標和邊界條件,得出鈍化質(zhì)量最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為t=19min、w=1800rpm、y=60%、p=0.312Hz、q=9°/s,此時鈍化后的刃口表面質(zhì)量達到最佳,Ra_(min)=0.6422nm;鈍化效率最高的工藝參數(shù)組合為t=22min、w=3600rpm、y=55%、p=0.245Hz、q=15°/s,此時鈍化過程中的材料去除速率最大,e_(max)=156.7141 nm~2/min。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG711

【參考文獻】

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本文編號：2643801